[发明专利]一种改性玻璃粉的制备方法、水泥基3D打印材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种改性玻璃粉的制备方法、水泥基3D打印材料及其制备方法。所述改性玻璃粉的制备包括：(1)将玻璃粉用酸液处理后，洗涤、干燥，得预处理玻璃粉；(2)将预处理玻璃粉与碳酸钙混匀后煅烧；(3)将煅烧产物分散在热碱性溶液中并加入丙烯酸进行改性处理，完成后对产物进行洗涤、干燥，即得改性玻璃粉。改性后的玻璃粉能够大量吸收打印浆体中的自由水，从而提高浆体内部颗粒间的内摩擦力，改善打印材料的屈服应力和触变性能。同时由于改性玻璃粉表面的接枝基团能够在浆体受到剪切力时释放自由水，从而能够显著改善触变性能。同时，玻璃粉中含有大量无定型的二氧化硅，能够在水泥水化后期发生火山灰效应，改善水泥基材料的后期强度。

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，具体涉及一种改性玻璃粉的制备方法、水泥基3D打印材料及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，基于挤出和逐层堆积的混凝土3D打印技术在建筑和土木工程领域发展迅速，例如3D打印桥梁、别墅、景观构件等。然而，打印过程中制备参数和打印的固有属性能够显著影响材料或制品的性能，导致难以实现3D打印结构的稳定控制。为满足3D打印技术材料的要求，通常引入辅助胶凝和黏土材料或者外加剂等对3D打印建筑材料流变性进行调控，进而稳定3D打印结构。

随着国家经济的快速发展，玻璃制品的用量增加，而废弃玻璃的存放和处理对环境产生巨大影响。而玻璃的主要成分为无定型的二氧化硅，具有火山灰活性，分散性较好，因此已经广泛应用于混凝土材料中作为添加剂或者骨料等组分的替代品等。基于此，本发明人曾将玻璃粉直接应用3D打印材料中用于改善料流变性，以实现3D打印结构的稳定控制，然而并没有取得预期的效果。

发明内容

基于上述的前期研究和存在的问题，本发明经过进一步研究分析后，提供一种改性玻璃粉的制备方法、以及含有该改性玻璃粉的水泥基3D打印材料及其制备方法，该技术方案能够有效改善3D打印材料的流变性和力学性能，使打印材料能够满足3D打印所必需的连续性、打印精度和结构稳定性。为实现上述目的，具体地，本发明的技术方案如下所示。

在本发明的第一方面，提供一种含有改性玻璃粉的水泥基3D打印材料，以重量份计，其原料组成包括如下组分：

其中，所述改性玻璃粉的制备方法包括如下步骤：

(1)将玻璃粉用酸液处理后，洗涤、干燥，得预处理玻璃粉；

(2)将所述预处理玻璃粉与碳酸钙混匀后进行煅烧；

(3)将煅烧产物分散在乙醇中并加入丙烯酸进行改性处理，完成后对产物干燥，即得改性玻璃粉。

进一步地，步骤(1)中，所述玻璃粉为废弃玻璃，如废弃石英玻璃、废弃钾玻璃、废弃钢化玻璃和废弃硼酸盐玻璃等中的至少一种。废弃玻璃具有可再生、成本低、来源广泛、低污染性等特点，其作为改性玻璃粉的制备原料不仅实现了废物利用，还有助于降低本发明3D打印材料的成本。

进一步地，步骤(1)中，所述酸液包括稀盐酸、稀硫酸等中的任意一种，酸液处理时间为1～2h。本步骤中，通过酸处理可有效去除玻璃粉中的金属氧化物等杂质，并提高玻璃粉的表面粗糙度，以增加玻璃粉的表面积，提高对碳酸钙粉末的吸附效果。

进一步地，步骤(1)中，所述干燥条件为：在55～75℃之间干燥4～6h，以便于去除预处理玻璃粉表面残留的水分。

进一步地，步骤(1)中，采用去离子水洗涤所述预处理玻璃粉，以便于除去产物中残留的酸液及杂质。